（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）賀西煤礦 山西 033300）

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域逐步進(jìn)入了工業(yè)4.0時(shí)代，即智慧工廠時(shí)代。在智能化的浪潮下，智慧工廠已經(jīng)在諸多行業(yè)揚(yáng)帆起航，國(guó)外有德國(guó)的安貝格西門子工廠和博世洪堡工廠，國(guó)內(nèi)有海爾工業(yè)4.0和中國(guó)石化九江石化智能工廠。目前在煤炭領(lǐng)域選煤廠智能化研究仍屬于初步階段，未有成功應(yīng)用的案例。某選煤廠機(jī)械化、自動(dòng)化水平較高，基礎(chǔ)條件較好，但是距離智能工廠還有很大差距。因此，某選煤廠立足于提高管理水平，降低生產(chǎn)成本，深度挖掘企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，逐步發(fā)展智能化選煤廠，為企業(yè)探求降本增效的途徑。

1.某選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

淺槽排矸系統(tǒng)和重介旋流器分選系統(tǒng)的分選密度需要人工調(diào)節(jié)，存在一定的滯后性，影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，如介質(zhì)系統(tǒng)的分流閥、補(bǔ)水閥等都需人工調(diào)節(jié)。淺槽分選系統(tǒng)的密度調(diào)節(jié)中，根據(jù)設(shè)定的合介密度，人工手動(dòng)在集控室操作補(bǔ)水閥、電控分流閥，調(diào)節(jié)合介密度、桶位。但補(bǔ)水閥和分流閥都是獨(dú)立調(diào)節(jié)，沒(méi)有形成一個(gè)完善的密控系統(tǒng)，且系統(tǒng)中沒(méi)有磁性物含量計(jì)，無(wú)法直觀觀測(cè)合介中非磁性物含量。

三產(chǎn)品重介旋流器系統(tǒng)的密度調(diào)節(jié)中，根據(jù)設(shè)定的合介密度，人工在集控室調(diào)節(jié)補(bǔ)水閥；固定弧形篩下和精煤磁選機(jī)精礦設(shè)有電控分流閥，但都需要人工手動(dòng)操作調(diào)節(jié)合介桶位、合介桶煤泥含量及合介桶密度。補(bǔ)水閥和分流閥都是獨(dú)立調(diào)節(jié)，沒(méi)有形成一個(gè)完善的密控系統(tǒng)。浮選系統(tǒng)采用3臺(tái)噴射式浮選機(jī)，需人工化驗(yàn)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)加藥，化驗(yàn)結(jié)果滯后于生產(chǎn)，且受人為因素影響大。壓濾系統(tǒng)共有10臺(tái)壓濾機(jī)，其中淺槽車間有1臺(tái)煤泥壓濾機(jī)，主廠房有4臺(tái)精煤壓濾機(jī)，壓濾車間有5臺(tái)尾煤壓濾機(jī)，均為單機(jī)自動(dòng)化，只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制柜進(jìn)行操作，控制壓濾機(jī)的排隊(duì)卸料。

濃縮系統(tǒng)共有2臺(tái)濃縮機(jī)和2臺(tái)絮凝劑添加裝置，目前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作面板手動(dòng)調(diào)節(jié)配藥時(shí)間（對(duì)應(yīng)配藥濃度）和加藥泵頻率（對(duì)應(yīng)加藥量）?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)的參考因素只有濃縮機(jī)底流濃度（人工濃度壺測(cè)量）和壓濾成餅情況（詢問(wèn)壓濾崗位司機(jī)）。藥劑添加憑經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法做到精確量化。

現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)完善，主要針對(duì)選煤廠自動(dòng)化系統(tǒng)硬件進(jìn)行升級(jí)，具體包括閥門、閘板升級(jí)，增加攝像頭、傳感器等；智能化環(huán)境建設(shè)，主要是指構(gòu)建智能化所需的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)；生產(chǎn)系統(tǒng)整合連接，包括單機(jī)自動(dòng)化設(shè)備的智能接入，同現(xiàn)有工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

2.生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化研究

選煤廠智能化的最終目標(biāo)是為選煤廠增加經(jīng)濟(jì)效益，增加經(jīng)濟(jì)效益的途徑有兩種，一是降本，二是增效。降本主要包括降低人員、電力、維修、介質(zhì)消耗、藥劑消耗成本；增效主要是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量所帶來(lái)的收益。本次規(guī)劃主要針對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)這個(gè)方面對(duì)選煤廠進(jìn)行智能化改造。實(shí)施的主要步驟為通過(guò)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)完善升級(jí)，將現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)與智能化系統(tǒng)進(jìn)行整合，構(gòu)建選煤廠智能化環(huán)境和配置智能硬件，對(duì)選煤廠自動(dòng)化、信息化進(jìn)行升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)選煤廠的智能化，為企業(yè)創(chuàng)造效益。

(1)生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)

針對(duì)選煤廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀，構(gòu)建工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備保護(hù)、監(jiān)控器、傳感器等進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)返回生產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，智能調(diào)整生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的連續(xù)和安全。

工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)包括智能淺槽分選、智能重介旋流器分選、智能浮選、智能壓濾控制、智能濃縮加藥五個(gè)子系統(tǒng)，主要面向于選煤廠生產(chǎn)管理。在最底層的過(guò)程控制層面智能化需要做的基礎(chǔ)工作包括：第一，完善現(xiàn)有系統(tǒng)，主要針對(duì)選煤廠硬件的自動(dòng)化升級(jí)，具體包括閥門、閘板升級(jí)，增加攝像頭、傳感器等；第二，智能化環(huán)境建設(shè)，主要是指構(gòu)建智能化所需的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)；第三，生產(chǎn)系統(tǒng)整合連接，包括單機(jī)自動(dòng)化設(shè)備的智能接入，同現(xiàn)有工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。實(shí)現(xiàn)智能分選、智能任務(wù)協(xié)作、系統(tǒng)智能運(yùn)行、智能啟停、機(jī)器視覺(jué)故障預(yù)警、在線監(jiān)測(cè)管理。

①信息數(shù)據(jù)化

已接入PLC進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的設(shè)備，通過(guò)同現(xiàn)有PLC系統(tǒng)通訊，獲得設(shè)備及現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行、故障、保護(hù)、頻率、桶位、壓力、電流等數(shù)據(jù)，并可對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟?？刂?、參數(shù)的設(shè)定調(diào)節(jié)。未接入PLC的設(shè)備，將對(duì)其進(jìn)行接入升級(jí)。對(duì)于單機(jī)自動(dòng)化設(shè)備，將其與智能化系統(tǒng)直接進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化設(shè)備的信息化/數(shù)字化，并建立連接，可實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)過(guò)程控制。

②數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)據(jù)采集完成后的第二道工序是數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，在目前現(xiàn)有選煤廠成熟的工控網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，會(huì)引入一些高效的先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，例如WiFi、ZigBee、RFID等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化，將各個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)景、設(shè)備進(jìn)行連通，所有采集到的終端數(shù)據(jù)需要進(jìn)行存儲(chǔ)，在本地增加服務(wù)器建立數(shù)據(jù)中心，打造端到端交互的中心樞紐。

③網(wǎng)絡(luò)智能化

智能化集中體現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理上，通過(guò)對(duì)歷史大數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能，提取出數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，構(gòu)建出用以指導(dǎo)智能生產(chǎn)的模型，主要的智能分析模型包括經(jīng)濟(jì)效益分析預(yù)測(cè)模型，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定模型以及設(shè)備可靠性維護(hù)模型。

(2)智能淺槽分選

密度系統(tǒng)的穩(wěn)定性是選煤廠生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，直接影響選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。在補(bǔ)水管道上增加流量計(jì)，在淺槽合介入料管上增加磁性物含量計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模擬計(jì)算，使補(bǔ)水閥和分流閥有機(jī)結(jié)合，與分選密度聯(lián)鎖，共同調(diào)節(jié)合介密度、桶位、合介中非磁性物含量，最終實(shí)現(xiàn)密度系統(tǒng)的智能控制，提高合介桶密度系統(tǒng)穩(wěn)定性。增加的硬件參數(shù)為：磁性物含量計(jì)DN100，精度±1%，0-1000g/L；流量計(jì)DN100。

(3)智能重介旋流器分選

①密度控制及優(yōu)化。在合介桶補(bǔ)水管路上增加流量計(jì)，將補(bǔ)水、分流閥有機(jī)結(jié)合，并與分選密度聯(lián)鎖，通過(guò)設(shè)定目標(biāo)分選密度，各環(huán)節(jié)聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)旋流器密度系統(tǒng)的智能控制，提高合介桶密度系統(tǒng)穩(wěn)定性。增加的硬件參數(shù)為：流量計(jì)DN100。

②旋流器生產(chǎn)壓力優(yōu)化。介旋流器入料壓力的增加將帶來(lái)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，第一，物料的流速增加可提高重介旋流器的單位處理能力，第二，入料初速度的增加將導(dǎo)致離心強(qiáng)度增加從而加速分選過(guò)程，提高分選效果。但是壓力過(guò)大也將帶來(lái)使重介旋流器內(nèi)的密度分布更加不均勻使分選效果降低以及增加設(shè)備磨損等缺點(diǎn)。計(jì)劃配合煤質(zhì)單機(jī)檢查化驗(yàn)，通過(guò)對(duì)旋流器壓力累積數(shù)據(jù)的智能分析，探尋不同工況下最優(yōu)的壓力范圍，保證分選效果，降低能耗及設(shè)備損耗。

③介質(zhì)性質(zhì)優(yōu)化。由于循環(huán)懸浮液中保持一定數(shù)量的煤泥，能增加懸浮液的穩(wěn)定性，直接影響重介旋流器的分選效果。計(jì)劃通過(guò)試驗(yàn)、煤質(zhì)單機(jī)檢查及數(shù)據(jù)模擬與分析，找出最適宜磁性物含量和懸浮液中煤泥含量的組合。將PLC中磁性物含量計(jì)測(cè)定的數(shù)據(jù)接入智能分選系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)懸浮液煤泥含量的在線檢測(cè)反饋，配合密控系統(tǒng)分流操作執(zhí)行，優(yōu)化懸浮液組成。

④二段入料堵料報(bào)警優(yōu)化。通過(guò)在線監(jiān)控旋流器壓力異常，自動(dòng)判斷二段入料堵料，結(jié)合智能報(bào)警、智能任務(wù)模塊快速通知相關(guān)操作人員，大大提高事故處理的效率，降低由此帶來(lái)的生產(chǎn)事故影響。

(4)智能浮選

設(shè)計(jì)增加礦漿灰分在線檢測(cè)儀和智能加藥站等設(shè)備，與現(xiàn)有加藥設(shè)備整合，構(gòu)建智能浮選系統(tǒng)，對(duì)一、二次浮選的礦漿“實(shí)時(shí)在線檢測(cè)”，根據(jù)灰分檢測(cè)值以及入料濃度、流量檢測(cè)值，實(shí)時(shí)調(diào)整智能加藥站的藥劑制度和浮選設(shè)備的參數(shù)，進(jìn)而提高浮選系統(tǒng)的分選精度和穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)浮選生產(chǎn)過(guò)程趨于“精礦灰分合格穩(wěn)定、回收率高、藥耗低、無(wú)人值守”的理想狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。

(5)智能壓濾控制

開(kāi)發(fā)智能壓濾模塊，并將壓濾機(jī)PLC的Modbus信號(hào)轉(zhuǎn)為ModbusTCP信號(hào)后接入服務(wù)器后臺(tái)。通過(guò)引入智能邏輯自動(dòng)判斷壓濾機(jī)進(jìn)料結(jié)束和智能排隊(duì)卸料，通過(guò)智能壓濾模塊讀取壓濾機(jī)狀態(tài)信息以及對(duì)壓濾機(jī)進(jìn)行控制?？梢詫?shí)現(xiàn)壓濾入料桶自動(dòng)補(bǔ)料，入料閥門自動(dòng)開(kāi)關(guān)，濃縮底流泵自動(dòng)啟停；自動(dòng)判斷壓濾進(jìn)料結(jié)束；壓濾機(jī)智能排隊(duì)卸料。

(6)智能濃縮加藥

在濃縮機(jī)入料和底流增加在線濃度計(jì)，將絮凝劑添加裝置接入智能化系統(tǒng)，濃度計(jì)數(shù)據(jù)、加藥泵啟停、頻率設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)等信號(hào)接入智能化系統(tǒng)，通過(guò)PAD遠(yuǎn)程控制絮凝劑添加裝置參數(shù)，具體功能規(guī)劃：通過(guò)移動(dòng)PAD遠(yuǎn)程控制絮凝劑添加裝置參數(shù)；通過(guò)移動(dòng)PAD終端對(duì)絮凝劑添加裝置進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制；通過(guò)移動(dòng)PAD終端監(jiān)測(cè)煤泥水系統(tǒng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)讀取濃縮機(jī)電流、入料濃度、壓濾機(jī)入料時(shí)間信息，指導(dǎo)加藥；通過(guò)移動(dòng)PAD終端遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)配藥時(shí)間和加藥泵頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)加藥裝置的遠(yuǎn)程控制。

3.總結(jié)

生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化目標(biāo)可以概括為：降本增效、穩(wěn)質(zhì)提效、安全高效，最終目的是要增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為適應(yīng)未來(lái)工業(yè)的發(fā)展形勢(shì)，尤其是在這煤炭企業(yè)改革創(chuàng)新新階段，發(fā)展智能選煤廠對(duì)進(jìn)一步提高管理水平，降低生產(chǎn)成本，挖掘企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)選煤廠正常連續(xù)及安全生產(chǎn)具有重要意義。